拉索振动控制无线传输时滞补偿理论与实验研究

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1、密级：公开中图分类号：TU317+.1硕士学位论文拉索振动控制无线传输时滞补偿理论与实验研究研究生：黄佩导师：王修勇教授学科：工程力学研究方向：结构振动与控制2018年6月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterTheoreticalandExperimentalResearchofTimeDelayCompensationforVibrationControlofCableusingWirelessTransmissionCandidate：HuangPeiSupervisorand

2、Rank：Prof.WangXiuyong拉索振动控制无线传输时滞补偿理论与实验研究学位类型学术型学位作者姓名黄佩作者学号15010201001学科（专业学位类别)工程力学研究方向（专业领域)结构与振动控制导师姓名及职称王修勇教授实践导师姓名及职称所在学院土木工程学院论文提交日期2018年6月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在

3、文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要拉索结构具有阻尼小、刚度小、质量小等特点，使其在各种动荷载作用下极易产生大

4、幅振动。采用向拉索轴向施加主动控制力的变刚度控制能有效的减小拉索的振动。然而传统的有线主动控制需要大量复杂的线缆铺设，极大的增加了主动控制系统的复杂程度。无线传输技术已经被广泛的应用到了结构健康监测领域，但针对无线传输下的拉索振动控制还鲜有研究，同时无线振动控制系统中存在的时滞会对控制效果产生负面影响。因此，如何补偿无线振动控制系统中的时滞是当今拉索减振领域中亟待解决的问题。本文来源于国家重点基础研究发展计划（973计划）（编号：2015CB057702）、国家自然科学基金项目（编号：51378203）和湖南省研究生

5、科研创新项目（编号：CX2017B627）。本文采用磁致伸缩作动器作为控制装置对拉索进行振动控制，同时，针对拉索无线振动控制系统中存在的时滞开展了时滞补偿仿真分析与实验研究。主要研究内容包括：（1）介绍了斜拉桥拉索振动控制的背景，论述了无线振动控制技术、磁致伸缩作动器以及时滞补偿算法的应用和研究现状，并介绍了本文的研究路线以及主要内容。（2）阐述了超磁致伸缩作动器的内部构造以及力学性能，并对其工作性能开展了实验研究，最终得到了磁致伸缩作动器的输出力与输入电压之间的关系函数。（3）建立了小垂度拉索轴向振动控制的理论模型

6、，并推导出了该模型的状态方程。论述了LQR控制算法和双线性控制算法的基本原理，并采用这两种算法对拉索振动控制进行了数值仿真分析。（4）论述了时滞补偿算法——移相法的基本原理，提出了拉索主动控制系统时滞补偿理论，并在不同工况下对拉索振动控制系统开展了时滞补偿仿真分析。（5）提出了基于磁致伸缩作动器的拉索无线振动控制系统，设计了拉索振动主动控制实验和时滞补偿实验，分别在拉索自由振动、简谐振动和随机振动状况下进行了实验研究，并通过实验的结果证实了拉索振动控制方法以及时i滞补偿算法的可行性。关键词：拉索；磁致伸缩作动器；振动

7、控制；无线传输技术；LQR控制；双线性控制；时滞补偿；移相法；iiAbstractLargeramplitudevibrationsofcablestructurescanbeeasilyinducedbyvariousdynamicloadsduetotheirlowinherentdamping,lowrigidityandlightweight.Theactivevariablestiffnesscontrolstrategyusingtheaxialcontrolforcecaneffectivelyredu

8、cethevibrationsofcables.However,thetraditionalwiredactivecontrolrequiresalargenumberofcomplicatedcablelaying,whichgreatlyincreasesthecomplexityoftheactivecontrolsystem.Altho